东华理工大学课程课件

东华理工大学课程13.3 电容式传感器及其转换电路电容式传感器及其转换电路主讲：李跃忠主讲：李跃忠2013年年5月月22日日东华理工大学课程23.3 电容式传感器及其转换电路电容式传感器及其转换电路3.3.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理3.3.2 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路3.3.3 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路 本节课小结本节课小结东华理工大学课程33.3.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理 电容器有两个用介质（固体、液体或气体）或真空隔开的电导体构成。电容导体上的电荷导体之间的电压差QCV什么是电容器？什么是电容器？东华理工大学课程43.3.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理0 rSSCdd S 极板相对覆盖面积； d 极板间距离； r相对介电常数； 0真空介电常数（8.85pF/m）； 电容极板间介质的介电常数。 dS东华理工大学课程5 电容式传感器的分类电容式传感器的分类1. 变面积型电容传感器变面积型电容传感器2. 变介电常数型电容传感器变介电常数型电容传感器3. 变极距型电容式传感器变极距型电容式传感器东华理工大学课程61. 变面积型电容传感器变面积型电容传感器当动极板相对于定极板沿着长度方向平移时，其电容变化量化为0000()rrrax bCCCdabxbdd C与x间呈线性关系 东华理工大学课程7电容式角位移传感器 0000dsCr0000(1)(1)rsCCd 当=0时 当0时传感器电容量C与角位移间呈线性关系，但如果输出是 ，则是非线性关系。 01Xj C东华理工大学课程82. 变介电常数型电容式传感器变介电常数型电容式传感器dDhCdDhdDHdDhHdDhCln)(2ln)(2ln2ln)(2ln21011dDHCln20初始电容 电容式液位传感器 电容与液位的关系为： 东华理工大学课程902010021)(dLLLbCCCrr当L=0时，传感器的初始电容 0000000100dbLdbLCr当被测电介质进入极板间L深度后，引起电容相对变化量为02000) 1(LLCCCCCr电容变化量与电介质移动量L呈线性关系 东华理工大学课程103. 变极距型电容传感器变极距型电容传感器dsCr00200001)1 (1 ddddCddCddsCCCr非线性关系 若d/d1时，则式（3.3.3）可简化为 ddCCC00若极距缩小d 最大位移应小于间距的1/10 初始电容dS东华理工大学课程11变极距变极距( (）型型: (a)、(e) 变面积型变面积型(S)(S)型型: (b)、(c)、(d)、(f)、(g) （h） 变介电常数变介电常数( )型型: （i）(l) 东华理工大学课程123.3 电容式传感器及其转换电路电容式传感器及其转换电路3.3.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理3.3.2 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路3.3.3 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路 本节课小结本节课小结东华理工大学课程133.3 电容式传感器及其转换电路电容式传感器及其转换电路3.3.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理3.3.2 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路3.3.3 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路 本节课小结本节课小结东华理工大学课程143.3.3 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路L包括引线电缆电感和电容式传感器本身的电感；r由引线电阻、极板电阻和金属支架电阻组成；C0为传感器本身的电容Cp为引线电缆、所接测量电路及极板与外界所形成的总寄生电容Rg是极间等效漏电阻极板间的漏电损耗和介质损耗、极板与外界间的漏电损耗和介质损耗rC0CPRgL东华理工大学课程15低频等效电路低频等效电路 v传感器电容的阻抗非常大，传感器电容的阻抗非常大，L和和r的影响可的影响可忽略忽略v等效电容等效电容C=C0+Cp，v等效电阻等效电阻ReRg CRg东华理工大学课程16高频等效电路高频等效电路 v电容的阻抗变小，电容的阻抗变小，L和和r的影响不可忽略，漏电的影响不可忽略，漏电的影响可忽略的影响可忽略 ，其中，其中C=C0+Cp，而，而rer reCLRCjLjCje11东华理工大学课程173.3 电容式传感器及其转换电路电容式传感器及其转换电路3.3.1 电容式传感器的工作原理电容式传感器的工作原理3.3.2 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路3.3.3 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路 本节课小结本节课小结东华理工大学课程183.3.4 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路 (1) 运算放大器电路运算放大器电路(2) 脉宽调制电路脉宽调制电路(3) 调频电路调频电路(4) 双双T型电桥电路型电桥电路东华理工大学课程19(1). 运算放大器式电路运算放大器式电路 ：能克服变极距型电容传感器的非能克服变极距型电容传感器的非线性线性 Cx是传感器电容C是固定电容u0是输出电压信号 运算放大器式电路原理图uC-ACxu0东华理工大学课程20由运算放大器工作原理可知由运算放大器工作原理可知 uj Cj CuCCuxx011 / ()/ ()( )/xCSd0 uCudS 假设放大器开环放大倍数A=，输入阻抗Zi= 因此仍然存在一定的非线性误差，但一般A和Zi足够大，所以这种误差很小。 东华理工大学课程21小结小结3.3.1 电容式传感器的工作原理：电容式传感器的工作原理：S、d、任任一一个参数发生变化时，电容量都发生变化。一一个参数发生变化时，电容量都发生变化。3.3.2 电容式传感器等效电路电容式传感器等效电路3.3.3 电容式传感器测量电路电容式传感器测量电路0 rSSCdd 东华理工大学课程22作业：作业：电容式传感器有哪几种类型？电容式传感器有哪几种类型？写出每种电容式传感器的转换公式，写出每种电容式传感器的转换公式，各有什么特点？各有什么特点？